(57)【要約】通常運転時に燃焼空燃比がリーンになるように制御される内燃機関の排気浄化装置であって、排気ガスに含まれる未燃燃料を吸着する吸着部５１と、一酸化炭素を酸化する金属の触媒粒子６２を有する酸化部５２とを備える。吸着部５１は、排気ガスに含まれる低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライト６１を含む。吸着部５１および酸化部５２は、排気ガスが吸着部５１に接触した後に酸化部５２に接触するように配置されている。
2011067863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体がトルクを出力する通常運転時に燃焼時の空燃比がリーンになるように制御される内燃機関の排気浄化装置であって、
未燃燃料の放出温度未満では、排気ガスに含まれる未燃燃料を吸着し、未燃燃料の放出温度以上になると未燃燃料を放出する吸着部と、
排気ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する金属の触媒粒子を有する酸化部とを備え、
吸着部は、排気ガスに含まれる低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含み、吸着部および酸化部は、排気ガスが吸着部に接触した後に酸化部に接触するように配置されていることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
吸着部および酸化部は、基材の表面に積層されており、
酸化部は、吸着部よりも機関排気通路から遠い側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
吸着部および酸化部は、排気ガスの流れ方向に沿って配置されており、
酸化部は、排気ガスの流れ方向において吸着部よりも下流側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
吸着部は、高級炭化水素を吸着する高級炭化水素吸着部および低級オレフィンを吸着する低級オレフィン吸着部を含み、
高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部は、排気ガスが高級炭化水素吸着部に接触した後に低級オレフィン吸着部に接触するように配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
高級炭化水素吸着部は、ベータゼオライトを含み、
低級オレフィン吸着部は、金属をイオン交換したゼオライトを含むことを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
酸化部の金属粒子は、白金を主体にして構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
酸化部の金属粒子は、ほぼ全てが白金から形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトは、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、および銀をイオン交換したＺＭＳ５のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
酸化部の金属の触媒粒子は、酸素吸蔵能力を有する金属粒子以外の金属粒子から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）または粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）などの成分が含まれている。内燃機関の排気浄化装置は、これらの成分を浄化するために排気処理装置を備える。
排気ガスに含まれる成分のうち、窒素酸化物は、窒素酸化物を還元する排気処理装置により浄化される。粒子状物質は、粒子状物質を捕集する排気処理装置により除去される。一方で、一酸化炭素および未燃燃料は、これらの物質を酸化するための排気処理装置により浄化される。例えば、機関排気通路には、酸化触媒または三元触媒が配置される。
国際公開第００／２７５０８号パンフレットにおいては、酸素吸蔵材にロジウムおよびパラジウムの少なくとも一種を担持した酸化還元触媒に、ＨＣの濃度を低減した排気ガスを接触させることにより、低温域から高温域までＨＣの排出を高度に抑制する排気ガス浄化方法が開示されている。
また、特開平７−１６６８５２号公報においては、ゼオライトおよび主要コンバータを備え、ゼオライトは、５．６オングストロームより大きい最大孔開口部を有し、銅などのイオンから選択される非フレーム構造陽イオンを含む排気浄化システムが開示されている。この排気浄化システムにおいては、エンジンから排出される排気ガスに含まれる不燃焼の炭化水素、特に低分子量のアルケンを効果的に転化すると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第００／２７５０８号パンフレット
【特許文献２】特開平７−１６６８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の国際公開第００／２７５０８号パンフレットには、通常運転時において、燃料が燃焼する時の空燃比が理論空燃比に制御される内燃機関が開示されている。排気浄化装置は、未燃燃料等の酸化すべき物質を酸化するために三元触媒を含んでいる。三元触媒は、酸化反応および還元反応を同時に行なう触媒である。三元触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍において、未燃燃料、一酸化炭素および窒素酸化物を高い浄化率で浄化することができる。
この公報に開示されている排気浄化装置は、酸素吸蔵放出材を有する三元触媒とＨＣ吸着材とを含む。ＨＣ吸着材による未燃燃料の吸着作用および放出作用と、酸素吸蔵放出材による酸素の吸蔵作用および放出作用により、三元触媒の表面が常に理論空燃比の近傍に保たれる。このために、高い浄化率を維持できることが開示されている。
内燃機関には、通常運転時において燃焼室における燃焼時の空燃比をリーンに制御する装置が含まれる。この内燃機関では、通常運転時において排気浄化装置に流入する排気ガスの空燃比がリーンになる。一酸化炭素は、酸化触媒において酸化されて二酸化炭素に変換される。ところが、排気ガス中には一酸化炭素および未燃燃料が共存し、未燃燃料が一酸化炭素の酸化を阻害する場合があった。
近年においては二酸化炭素の放出量の要求が厳しくなりつつある。二酸化炭素の放出量を低減するために、燃料の燃焼量を少なくすることが検討される。ところが、燃料の燃焼量を少なくすると排気ガスの温度が低くなる。排気ガスの温度が低くなると触媒温度が低下し、一酸化炭素の浄化効率が低下するという問題があった。
本発明は、低温域から高い一酸化炭素の浄化率を得ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、機関本体がトルクを出力する通常運転時に燃焼時の空燃比がリーンになるように制御される内燃機関の排気浄化装置であって、未燃燃料の放出温度未満では、排気ガスに含まれる未燃燃料を吸着し、未燃燃料の放出温度以上になると未燃燃料を放出する吸着部と、排気ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する金属の触媒粒子を有する酸化部とを備える。吸着部は、排気ガスに含まれる低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含む。吸着部および酸化部は、排気ガスが吸着部に接触した後に酸化部に接触するように配置されている。
上記発明においては、吸着部および酸化部は、基材の表面に積層されており、酸化部は、吸着部よりも機関排気通路から遠い側に配置されることができる。
上記発明においては、吸着部および酸化部は、排気ガスの流れ方向に沿って配置されており、酸化部は、排気ガスの流れ方向において吸着部よりも下流側に配置されることができる。
上記発明においては、吸着部は、高級炭化水素を吸着する高級炭化水素吸着部および低級オレフィンを吸着する低級オレフィン吸着部を含み、高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部は、排気ガスが高級炭化水素吸着部に接触した後に低級オレフィン吸着部に接触するように配置されていることが好ましい。
上記発明においては、高級炭化水素吸着部は、ベータゼオライトを含み、低級オレフィン吸着部は、金属をイオン交換したゼオライトを含むことが好ましい。
上記発明においては、酸化部の金属粒子は、白金を主体にして構成されることができる。
上記発明においては、酸化部の金属粒子は、ほぼ全てが白金から形成されることができる。
上記発明においては、低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトは、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、および銀をイオン交換したＺＭＳ５のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
上記発明においては、酸化部の金属の触媒粒子は、酸素吸蔵能力を有する金属粒子以外の金属粒子から構成されることができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、低温域から高い一酸化炭素浄化率を得るための排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における第１の排気処理装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図４】酸化触媒の温度と一酸化炭素の浄化率との関係を示すグラフである。
【図５】実施例１の排気処理装置および比較例の排気処理装置の一酸化炭素５０％を浄化する温度のグラフである。
【図６】実施の形態における比較例１の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図７】実施の形態における比較例２の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図８】実施の形態における比較例３の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図９】実施の形態における第２の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１０】実施例１の排気処理装置および実施例２の排気処理装置と、比較例の排気処理装置との一酸化炭素排出量のグラフである。
【図１１】実施の形態における比較例４の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１２】実施の形態におけるゼオライトの種類と、一酸化炭素排出量との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３の排気処理装置および比較例の排気処理装置の一酸化炭素５０％を浄化する温度のグラフである。
【図１４】実施の形態における第４の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１５】実施の形態における第５の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１６】実施例４および実施例５の排気処理装置と、比較例の排気処理装置との一酸化炭素排出量のグラフである。
【図１７】実施の形態における比較例６の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１８】実施の形態における第６の排気浄化装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１から図１８を参照して、実施の形態における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、車両に配置されている。本実施の形態においては、圧縮着火式のディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。
図１に、本実施の形態における内燃機関の全体図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。また、内燃機関は、排気ガスを浄化する排気浄化装置を備える。機関本体１は、各気筒としての燃焼室２と、それぞれの燃焼室２に燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６には、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では、機関冷却水が冷却装置１１に導かれている。機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。本実施の形態における排気浄化装置は、未燃燃料および一酸化炭素等の酸化すべき物質を酸化するための排気処理装置１３を備える。排気処理装置１３は、排気タービン７ｂの出口に排気管１２を介して連結されている。排気処理装置１３の下流の機関排気通路内には排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。排気ガスは、矢印１００に示すように機関排気通路に沿って流れる。
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８にはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれている。機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。コモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵される燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、排気浄化装置の制御装置として機能する。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。
ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置である。ＲＯＭ３２には、制御を行なうための必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判別を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。ＲＡＭ３３は、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。
排気処理装置１３の下流には、排気処理装置１３の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。パティキュレートフィルタ１６の下流には、パティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。これらの温度センサ２６，２７、差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、それぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。この様に、燃料噴射弁３およびスロットル弁１０等は、電子制御ユニット３０により制御されている。
パティキュレートフィルタ１６は、排気ガス中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等のイオン系微粒子等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタは、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気ガスが通過するときにパティキュレートが捕捉される。パティキュレートフィルタ１６に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を例えば６００℃程度まで上昇することにより酸化されて除去される。
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、排気処理装置１３に加えて、パティキュレートフィルタ１３を備えるが、この形態に限られず、排気処理装置１３に加えて他の排気処理装置が配置されていても構わない。たとえば、排気浄化装置は、排気ガスに含まれるＮＯＸを浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）を備えていても構わない。ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、たとえば、排気処理装置１３とパティキュレートフィルタ１６との間に配置することができる。
ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、機関本体から排出される排気ガスに含まれるＮＯＸを一時的に吸蔵して、吸蔵したＮＯＸを放出するときにＮ２に変換する。ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、基体上に例えば酸化アルミニウムを含む触媒担体が担持されている。触媒担体の表面上には貴金属で形成された触媒粒子が分散して担持されている。また、触媒担体の表面上にはＮＯＸ吸収剤の層が形成されている。触媒粒子としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯＸ吸収剤を構成する成分としては、例えばバリウムＢａのようなアルカリ土類が用いられている。
本発明においては、機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称する。排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが酸化されてＮＯＸ吸収剤に吸蔵される。これに対して、排気ガスの空燃比がリッチのとき、または理論空燃比になると、ＮＯＸ吸収剤に吸蔵されているＮＯＸが放出される。放出されたＮＯＸは、排気ガスに含まれる未燃燃料や一酸化炭素等によってＮ２に還元される。
図２に、本実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における第１の排気処理装置１３は、排気ガスの流れ方向に沿った複数の通路を有する。第１の排気処理装置１３は、排気ガスの流れ方向の途中で分割されている。第１の排気処理装置１３は、未燃燃料を吸着するための上流側部分１３ａと、未燃燃料および一酸化炭素を酸化するための下流側部分１３ｂとを含む。
図３に、本実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。図３は、上流側部分１３ａと下流側部分１３ｂとの境界の部分の拡大概略断面図である。上流側部分１３ａおよび下流側部分１３ｂのそれぞれは基材５５を備える。本実施の形態における基材５５は、複数の流路を有し、ハニカム構造に形成されている。基材５５は、例えば、コージェライト、またはＳｉＣなどのモノリス基材で形成されている。
上流側部分１３ａの基材５５の表面には、吸着部５１が形成されている。吸着部５１は、基材５５の複数の流路に形成されている。吸着部５１は、機関排気通路に沿って層状に形成されている。吸着部５１は、未燃燃料を吸着する機能を有する。第１の排気処理装置における吸着部５１は、担持体６０およびベータ（β）ゼオライト粒子６１を含む。担持体６０は、例えば酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）などの多孔質酸化物粉末を含む。担持体６０およびベータゼオライト粒子６１は、たとえばバインダーにより基材５５に支持されている。
下流側部分１３ｂの基材５５の表面には、酸化部５２が形成されている。酸化部５２は、基材５５の複数の流路に形成されている。酸化部５２は、機関排気通路に沿って層状に形成されている。酸化部５２は、未燃燃料および一酸化炭素等を酸化する機能を有する。第１の排気処理装置１３の酸化部５２は、担持体６０および触媒粒子６２を含む。担持体６０は、バインダーにより基材５５に固定されている。触媒粒子６２は、担持体６０に担持されている。触媒粒子６２は、排気ガスに含まれる酸化すべき物質を酸化するための金属粒子である。本実施の形態における触媒粒子６２は、貴金属から形成されている。触媒粒子６２としては、白金系金属（ＰＧＭ：Ｐｌａｔｉｎｕｍ  ｇｒｏｕｐ  ｍｅｔａｌｓ）を用いることができる。触媒粒子６２は、たとえば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄおよびロジウムＲｈのうち少なくとも一つの貴金属を用いることができる。
本実施の形態の第１の排気処理装置においては、上流側の基材５５に吸着部５１が配置され、下流側の基材５５に酸化部５２が配置されている。第１の排気処理装置１３は、基材５５が分割されて上流側部分と下流側部分とが形成されているが、この形態に限られず、基材は一体的に形成されていても構わない。すなわち、１つの基材の表面に、排気ガスの流れ方向に沿って上流側に吸着部が形成され、下流側に酸化部が形成されていても構わない。
排気ガスに含まれる未燃燃料（ＨＣ）は、２重結合を有する鎖状炭化水素であるオレフィンと、不飽和結合を有しない鎖状炭化水素であるパラフィンと、ベンゼン核を有する芳香族炭化水素であるアロマとを含む。排気ガスは、炭素原子数の多い高級炭化水素を含む。高級炭化水素は、高級オレフィン、高級パラフィンおよびアロマ等を含む。オレフィンは、低級オレフィンおよび低級オレフィンよりも炭素原子数の多い高級オレフィンを含む。低級オレフィンは、たとえば炭素原子数が５以下の炭化水素である。好ましくは、低級オレフィンは、炭素原子数が２または３の炭化水素、すなわちエチレンとプロピレンとを含む。
本実施の形態における酸化すべき物質を酸化する排気処理装置１３は、排気ガスが低温のときには吸着部５１にて未燃燃料を吸着する。たとえば、排気処理装置１３の温度が未燃燃料の放出温度未満の場合には、未燃燃料を吸着する。排気ガスの温度が上昇すると、吸着部５１から未燃燃料を放出する。たとえば、排気処理装置１３の温度が未燃燃料の放出温度以上になると未燃燃料を放出する。放出された未燃燃料は、酸化部５２において酸化されることにより浄化される。排気処理装置に流入する一酸化炭素は、酸化部５２において酸化される。このように、排気ガスに含まれる一酸化炭素または未燃炭化水素は酸化されることにより、水や二酸化炭素に変換される。
図３を参照して、排気ガスは排気処理装置１３に流入すると吸着部５１に接触する。排気ガスが低温の場合には、排気ガスに含まれる未燃燃料が吸着部５１に吸着される。排気ガスから未燃燃料の少なくとも一部を除去することができる。次に、排気ガスは、酸化部５２に接触する。酸化部５２においては、一酸化炭素を酸化することができる。
ところで、酸化触媒においては、排気ガスに含まれる未燃燃料が一酸化炭素の酸化を阻害する場合があった。たとえば、未燃燃料が触媒粒子の表面に吸着することにより被毒される。この結果、一酸化炭素の酸化が阻害される場合があった。
図４に、酸化触媒の温度と一酸化炭素の浄化率との関係のグラフを示す。図４に示す試験においては、セリア−ジルコニア固溶体と白金の触媒粒子とを含む酸化触媒を用いている。また、酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンにしている。試験においては、排気ガスに未燃燃料ＨＣが含まれている場合と、未燃燃料ＨＣが含まれていない場合について行っている。横軸は、酸化触媒の温度を示し、縦軸は一酸化炭素の浄化率を示している。
酸化触媒の温度が上昇するほど、一酸化炭素の浄化率が向上することが分かる。未燃燃料が含まれる場合と含まれない場合とを比較したときに、ほぼ全体の温度域において、未燃燃料が含まれる場合よりも未燃燃料が含まれない方が一酸化炭素の浄化率が高いことが分かる。または、一つの一酸化炭素の浄化率を得るために必要な酸化触媒の温度は、未燃燃料が含まれる場合よりも未燃燃料が含まれない場合の方が低くなることが分かる。この試験結果により、排気ガスが酸化部に接触する前に未燃燃料の少なくとも一部を除去することにより、一酸化炭素の浄化率が向上することが分かる。
本実施の形態における第１の排気処理装置は、上流側に吸着部５１が配置され、下流側に酸化部５２が配置されている。吸着部５１および酸化部５２は、排気ガスが吸着部５１に接触した後に、酸化部５２に接触するように配置されている。吸着部５１に流入した排気ガスは、未燃燃料の少なくとも一部が除去される。このため、酸化部５２に流入する未燃燃料の濃度を小さくすることができる。酸化部５２において、効果的に一酸化炭素を酸化させることができる。特に、排気処理装置１３が低温の場合に、酸化部５２に未燃燃料が蓄積されて被毒が生じることを抑制できる。
燃焼室２から排出される排気ガスには、炭素原子数の多い高級パラフィンが残存している。オレフィンにおいては、炭素原子数の多い高級オレフィンと共に、炭素原子数の小さな低級オレフィンが多く含まれている。
排気ガスに含まれる未燃燃料のうち低級オレフィンは、一酸化炭素の酸化を阻害する影響が強い特性を有する。本実施の形態における排気処理装置の吸着部は、低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含む。すなわち、吸着部は、酸化部で一酸化炭素の酸化が実質的に阻害されないように、所定の効率以上で低級オレフィンを吸着するゼオライトを含む。第１の排気処理装置の吸着部は、ベータゼオライトを含む。本実施の形態における排気浄化装置は、吸着部において排気ガスから低級オレフィンを効果的に除去することができる。この結果、酸化部において高い浄化率で一酸化炭素を浄化することができる。
低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトとしては、ベータゼオライトの他に、イオン交換により金属が担持されたゼオライトを用いることができる。特に、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、または銀をイオン交換したＺＭＳ５は、低級オレフィンの吸着効率に優れる。このため、吸着部は、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、および銀をイオン交換したＺＭＳ５のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
図５に、本実施の形態における実施例１と比較例との一酸化炭素の５０％浄化温度のグラフを示す。縦軸は、排気ガスに含まれる一酸化炭素の浄化率が５０％になる温度である。以下に記載の実施例および比較例においては、それぞれの対応する部分の体積または重量を同一にしている。排気処理装置は、基材の総体積が同一（１Ｌ）になるように形成され、基材の表面に配置されるコート層の重量が同一（１５０ｇ）になるように形成され、触媒粒子の重量が同一（１．８ｇ）になるように形成されている。
実施例１は、本実施の形態における第１の排気処理装置に相当する。図３を参照して、実施例１においては、上流側部分１３ａの基材５５および下流側部分１３ｂの基材５５として、コージェライト基材（０．５Ｌ）を用いている。吸着部５１は、ベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）と、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）とを含むコート層を備える。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を含むコート層を備える。触媒粒子６２は、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）を含む。実施例１の触媒粒子６２は、白金の量がパラジウムの量よりも多くなるように形成されている。
図６に、本実施の形態における比較例１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。比較例１の排気処理装置においては、基材５５の表面に担持体６０が配置されている。担持体６０には貴金属の触媒粒子６２が担持されている。比較例１の基材５５は、分割されておらずに一体的に形成されている。比較例１においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。基材５５の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５０ｇ）を含むコート層が形成されている。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）から形成された触媒粒子６２が担持されている。
図７に、本実施の形態における比較例２の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。比較例２の排気処理装置においては、基材５５の表面に、酸化アルミニウムで形成された担持体６０およびベータゼオライト粒子６１を含むコート層が形成されている。担持体６０およびベータゼオライト粒子６１の層には、触媒粒子６２が配置されている。比較例２においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化アルミニウムの担持体６０（９０ｇ）とベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）とによりコート層が形成されている。触媒粒子６２としては、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）が配置されている。
図８に、本実施の形態における比較例３の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。比較例３においては、基材５５が分割されている。排気処理装置は、吸着部５１と酸化部５２とを含む。それぞれの吸着部５１および酸化部５２は、本実施の形態における第１の排気処理装置と同様である。比較例３においては、排気ガスの流れ方向において、酸化部５２が上流側に配置され、吸着部５１が下流側に配置されている。比較例３においては、実施例１と比較して、酸化部および吸着部の順序が逆になっている。
比較例３においては、吸着部５１の基材５５および酸化部５２の基材５５としては、コージェライト基材（０．５Ｌ）を用いている。酸化部５２においては、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）のコート層が形成されている。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）から形成された触媒粒子６２が担持されている。吸着部５１においては、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）およびベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）のコート層が形成されている。
図５を参照して、これらの実施例１の排気処理装置および比較例１から比較例３の排気処理装置を備える内燃機関について試験を行なった。この試験においては、エンジンベンチ試験装置を用いている。図５に示す試験においては、出力トルクを一定にする定常運転にて試験を行っている。
実施例１の排気処理装置は、比較例１から比較例３の排気処理装置と比較して、一酸化炭素の５０％浄化温度が最も低いことが分かる。すなわち、排気ガスが低温のときに、優れた一酸化炭素の浄化能力を発揮できることが分かる。また、実施例１の排気処理装置は、比較例１から比較例３の排気処理装置よりも一酸化炭素の浄化能力が優れていることが分かる。
図６に示す比較例１は、酸化アルミニウムで形成されたコート層に触媒粒子６２が配置されている排気処理装置である。図７に示す比較例２は、さらに、ベータゼオライト粒子６１がコート層に含まれている。比較例２と実施例１とを比較して、ベータゼオライト粒子６１がコート層に配置される場合においても、触媒粒子６２を含む層およびベータゼオライト粒子６１を含む層とを分離することにより、一酸化炭素の浄化能力が向上することが分かる。特に、図８に示す比較例３と図３に示す実施例１とを比較して、酸化部５２を吸着部５１よりも下流側に配置することにより、一酸化炭素の浄化能力が向上することが分かる。
このように、本実施の形態の第１の排気処理装置においては、吸着部５１にベータゼオライトを配置し、酸化部５２を吸着部５１の下流側に配置することにより、優れた一酸化炭素の浄化能力を得ることができる。または、排気処理装置の低温域から優れた一酸化炭素の浄化能力を得ることができる。たとえば、内燃機関が起動した後の暖気運転の期間において一酸化炭素を効率よく浄化できる。または、酸化部が活性化温度未満でも一酸化炭素を効率よく浄化できる。または、排気処理装置に流入する排気ガスの温度が低い内燃機関においても、一酸化炭素を効率よく浄化できる。
本実施の形態における排気浄化装置は、一酸化炭素を効率よく酸化できるために、酸化部の温度を速やかに上昇させることができる。たとえば、内燃機関の暖機運転の期間においても酸化部の温度を短時間で活性化温度まで上昇させることができる。この結果、未燃燃料を早期に高い効率で浄化することができる。また、酸化部の下流に早期に昇温すべき排気処理装置が配置されている場合には、短時間で昇温を行なうことができる。たとえば、酸化部の下流にＮＯＸ吸蔵還元触媒が配置されている場合には、短時間でＮＯＸ吸蔵還元触媒を活性化温度以上まで昇温することができる。
図９に、本実施の形態における第２の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。第２の排気処理装置１３は、コージェライト等で形成された基材５５を備える。第２の排気処理装置の基材５５は、排気ガスの流れ方向の途中で分割されておらず、一体的に形成されている。
第２の排気処理装置１３は、吸着部５１および酸化部５２を備える。吸着部５１および酸化部５２のそれぞれは層状に形成され、コート層が形成されている。吸着部５１および酸化部５２は、基材５５の表面に積層されている。酸化部５２は、吸着部５１よりも機関排気通路から遠い側に配置されている。図９に示す例においては、基材５５の表面に酸化部５２が配置され、酸化部５２の表面に吸着部５１が配置されている。吸着部５１は、担持体６０およびベータゼオライト粒子６１を含む。酸化部５２は、担持体６０および触媒粒子６２を含む。
吸着部５１および酸化部５２を層状に形成して、酸化部５２よりも吸着部５１が機関排気通路に近くなるように積層することにより、排気ガスを吸着部５１に接触させた後に、酸化部５２に接触させることができる。排気ガスに含まれる未燃燃料の少なくとも一部を吸着部５１にて除去することができる。酸化部５２には未燃燃料を低減した排気ガスが流入する。このため、酸化部５２において、効率良く一酸化炭素を酸化することができる。また、吸着部が低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含むことにより、効率良く一酸化炭素を酸化することができる。
図１０に、本実施の形態における実施例２と比較例の一酸化炭素の排出量のグラフを示す。図１０は、エンジンベンチ試験装置において、実際の運転状態を模擬した過渡試験を行なった結果を示している。すなわち、走行モードや出力トルク等を変更させながら試験を行なっている。図１０は、排気処理装置に流入する一酸化炭素の量と、排気処理装置から排出される一酸化炭素の量とを示している。実施例２は、第２の排気処理装置に相当する。また、図１０には、第１の排気処理装置に相当する実施例１の試験結果と、図７に示す比較例２の試験結果を記載している。
図９を参照して、実施例２においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を含む。担持体６０に、触媒粒子６２として白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）が担持されている。酸化部５２の表面に酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）およびベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）を配置して、吸着部５１を形成している。
図１１に、本実施の形態における比較例４の排気処理装置の概略断面図を示す。比較例４においては、基材５５の表面に吸着部５１を配置している。吸着部５１の表面に酸化部５２を配置している。すなわち、第２の排気処理装置と比較して、吸着部５１と酸化部５２との位置が逆になっている。排気ガスは、酸化部５２に接触した後に吸着部５１に接触する。
比較例４においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。基材５５の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）とベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）とにより吸着部５１を形成している。吸着部５１の表面に酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を配置して酸化部５２を形成している。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）により形成された触媒粒子６２が担持されている。
図１０を参照して、第２の排気処理装置に相当する実施例２においても、担持体６０とベータゼオライト粒子６１とを混合したコート層に触媒粒子６２を配置した比較例２（図７参照）の排気処理装置と比べて一酸化炭素の排出量が小さいことが分かる。
また、実施例２の排気処理装置は、機関排気通路に近い側に酸化部５２を配置した比較例４（図１１参照）の排気処理装置と比べて、一酸化炭素を浄化する能力に優れていることが分かる。すなわち吸着部よりも機関排気通路から遠い側に酸化部が配置されている排気処理装置が優れていることがわかる。このように、第２の排気処理装置においても、排気ガスが吸着部に接触した後に酸化部に接触するように、酸化部および吸着部を配置することにより、効果的に一酸化炭素を浄化することができる。
また、実施例２の排気処理装置は、実施例１の排気処理装置よりも優れていることが分かる。すなわち、基材の表面に酸化部および吸着部を、この順に積層することにより、より効率よく一酸化炭素を浄化することができる。
ところで、排気処理装置に含まれる吸着部は、未燃燃料ＨＣを吸着するために、ゼオライトを含むことが好ましい。次に、ゼオライトの種類を変えて一酸化炭素の浄化能力の試験を行った。排気処理装置としては、本実施の形態における第２の排気処理装置（図９参照）を用いて試験を行った。
図１２は、吸着部に含まれるゼオライトの種類と一酸化炭素の排出量との関係を示すグラフである。ゼオライトとしては、ベータゼオライトの他に、ＺＳＭ５およびモルゼナイト（ＭＯＲ）を用いて試験を行なっている。ゼオライトのうちベータゼオライトを用いることにより、一酸化炭素の排出量が少なくなっていることがわかる。すなわち、吸着部に含まれるゼオライトとして、ベータゼオライトを用いることにより、効率よく未燃燃料を吸着できることができて、一酸化炭素の排出量をより少なくすることができる。
次に、本実施の形態における第３の排気処理装置について説明する。上記の排気処理装置においては、酸化部に含まれる触媒粒子が白金およびパラジウムを含むが、この形態に限られず、触媒粒子は、酸化能力を有する任意の金属を含むことができる。
本実施の形態における第３の排気処理装置は、触媒粒子のほぼ全体が白金から形成されている。図４に示したように、本実施の形態における排気処理装置は、触媒粒子のほぼ全体が白金から形成されていても効率よく一酸化炭素を浄化することができる。
図１３に、本実施の形態における実施例３と比較例との一酸化炭素の５０％浄化温度のグラフを示す。実施例３は、第３の排気処理装置に相当する。実施例３の排気処理装置の構成は、本実施の形態における第２の排気処理装置と同様であり（図９参照）、実施例３の排気処理装置では、触媒粒子６２のほぼ全てが白金により形成されている。
実施例３においては、基材５５としてのコージェライト基材（１Ｌ）の表面に、酸化アルミニウム（７５ｇ）の担持体６０を配置することにより酸化部５２を形成する。担持体６０に、白金（１．８ｇ）の触媒粒子６２を担持させている。酸化部５２の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）およびベータゼオライト（６０ｇ）を含む吸着部５１を形成している。
また、比較例５の排気処理装置としては、比較例１の排気処理装置と同様の構成を採用する（図６参照）。基材５５としてのコージェライト基材（１Ｌ）の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５０ｇ）を配置する。担持体６０に、白金（１．８ｇ）の触媒粒子６２が担持されている。
図１３を参照して、酸化部に配置するほぼ全体の触媒粒子を白金から形成した場合においても、比較例５の排気処理装置より実施例３の排気処理装置の方が、一酸化炭素の５０％浄化温度は低くなっている。すなわち、比較例５の排気処理装置よりも実施例３の排気処理装置の方が、一酸化炭素の浄化能力に優れていることが分かる。特に、実施例３の排気処理装置は、低温域においても一酸化炭素の浄化能力に優れていることが分かる。
このように、本実施の形態における排気処理装置は、ほぼ全体が白金から形成されている触媒粒子を採用することができる。または、触媒粒子として白金を主体とした貴金属を採用することができる。例えば、貴金属の触媒粒子として、白金、パラジウムおよびロジウム等を含む場合には、パラジウムおよびロジウム等の白金以外の総量よりも白金の量を多くすることができる。または、例えばパラジウムおよびロジウム等の白金以外の総量を、白金の量の２分の１以下にすることができる。
さらに、本実施の形態の内燃機関は、通常運転時において燃焼時の空燃比をリーンに制御している。燃焼室から排出された排気ガスの空燃比はリーンである。排気ガスには過剰の酸素が含まれている。本実施の形態における酸化部は、酸素吸蔵物質を備えていない。酸化部の金属の触媒粒子は、酸素吸蔵能力を有する金属粒子以外の金属粒子から構成されている。
排気処理装置は、酸素吸蔵物質を含まない形態に限られず、酸素吸蔵物質を含んでいても構わない。酸素吸蔵物質は、セリアＣｅＯ２等の酸素を吸蔵する能力を有する助触媒を例示できる。例えば、酸素吸蔵物質は、セリウムとジルコニウムとの酸化物の複合体を含む。酸素吸蔵物質は、他の触媒粒子の劣化を抑制できる場合がある。このような場合に、排気処理装置が酸素吸蔵物質を含んでいても構わない。
図１４に、本実施の形態における第４の排気処理装置を示す。第４の排気処理装置においては、基材５５の表面に酸化部５２および吸着部５１が積層されている。酸化部５２は、触媒粒子６２が担持されている担持体６０を含む。第４の排気処理装置における吸着部５１は、担持体６０およびベータゼオライト粒子６１に加えて、金属をイオン交換したゼオライト粒子６３を含む。金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としては、鉄または銀をイオン交換したゼオライト粒子を例示することができる。吸着部５１には、担持体６０、ベータゼオライト粒子６１および金属をイオン交換したゼオライト粒子６３がほぼ均一に配置されている。
低級オレフィンは一酸化炭素の酸化反応を阻害する影響が強い。たとえば、プロピレンなどは、一酸化炭素の酸化反応を阻害する影響が強い。一方で、金属をイオン交換したゼオライトは、低級オレフィンの吸着効率が高い特性を有する。吸着部５１に金属をイオン交換したゼオライト粒子６３を配置することにより、低級オレフィンを更に効果的に吸着することができる。このため、酸化部５２において一酸化炭素の浄化効率を向上させることができる。このように、低級オレフィンを吸着する能力の高いゼオライトを混合させて吸着部を形成することができる。
図１５に、本実施の形態における第５の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。第５の排気処理装置は、基材５５の表面に酸化部５２が配置されている。酸化部５２は、触媒粒子６２が担持されている担持体６０を含む。酸化部５２の表面に吸着部５１が形成されている。
第５の排気処理装置における吸着部５１は、複数の部分を有する。吸着部５１は、高級炭化水素を吸着する高級炭化水素吸着部５１ａと、低級オレフィンを吸着する低級オレフィン吸着部５１ｂとを含む。酸化部５２の表面には、低級オレフィン吸着部５１ｂが配置されている。低級オレフィン吸着部５１ｂの表面には、高級炭化水素吸着部５１ａが配置されている。
第５の排気処理装置は、排気ガスが高級炭化水素吸着部５１ａに接触した後に低級オレフィン吸着部５１ｂに接触するように形成されている。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウムの担持体６０とベータゼオライト粒子６１とを含む。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０と金属をイオン交換したゼオライト粒子６３とを含む。
前述の通り、金属をイオン交換したゼオライトは低級オレフィンの吸着効率に優れる。しかしながら、金属をイオン交換したゼオライトに高級炭化水素が接触すると、高級炭化水素が吸着される。このときに、低級オレフィンを吸着するための吸着サイトが塞がれてしまう。たとえば、プロピレンまたはエチレン等を吸着するための酸点が塞がれてしまう。この結果、低級オレフィンの吸着効率が悪化する。
第５の排気処理装置においては、高級炭化水素吸着部５１ａにおいて分子量の大きな高級炭化水素を予め除去することができる。その後に、低級オレフィン吸着部５１ｂにおいて低級オレフィンを除去することができる。このため、低級オレフィン吸着部５１ｂにて効率よく低級オレフィンを吸着することができる。酸化部５２に到達する低級オレフィンの量を減少させることができる。この結果、一酸化炭素の浄化能力をより向上させることができる。
高級炭化水素吸着部は、高級の炭化水素を効率よく吸着できるゼオライトを含むことが好ましい。たとえば、高級炭化水素吸着部は、ベータゼオライトを含むことが好ましい。低級オレフィン吸着部は、低級オレフィンを効率よく吸着できるゼオライトを含むことが好ましい。低級オレフィン吸着部は、イオン交換により金属が担持されたゼオライトを含むことが好ましい。たとえば、鉄をイオン交換したＺＳＭ５および銀をイオン交換したＺＳＭ５のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
図１６に、本実施の形態における実施例４および実施例５と比較例との一酸化炭素の排出量のグラフを示す。実施例４は、本実施の形態における第４の排気処理装置に相当する。実施例５は、本実施の形態における第５の排気処理装置に相当する。図１６は、エンジンベンチ試験装置において、過渡試験を行なった結果を示している。
図１４を参照して、実施例４の排気処理装置においては、基材５５としてのコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を含む。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）を含む触媒粒子６２が担持されている。吸着部５１は、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）、金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄（４ｗｔ％）をイオン交換したＺＳＭ５（３０ｇ）の粒子、およびベータゼオライト粒子６１（３０ｇ）を含む。
図１５を参照して、実施例５の排気処理装置においては、基材５５としてコージェライトライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）と、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）により形成された触媒粒子６２とを含む。酸化部５２の表面には、低級オレフィン吸着部５１ｂおよび高級炭化水素吸着部５１ａが配置されている。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０（７．５ｇ）および金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄（４ｗｔ％）をイオン交換したＺＳＭ５（３０ｇ）の粒子を含む。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウム（７．５ｇ）の担持体６０およびベータゼオライト粒子６１（３０ｇ）を含む。
図１７に、本実施の形態における比較例６の排気処理装置の概略断面図を示す。比較例６においては、酸化部５２の表面に吸着部５１が配置されている。吸着部５１は、高級炭化水素吸着部５１ａと低級オレフィン吸着部５１ｂとを含む。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウムの担持体６０とベータゼオライト粒子６１とを含む。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０と、金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄をイオン交換したＺＳＭ５の粒子とを含む。
比較例６の排気処理装置は、実施例５の排気処理装置と比較して、高級炭化水素吸着部５１ａと低級オレフィン吸着部５１ｂとの積層の順序が逆になっている。比較例６では、機関排気通路に接する表面側に低級オレフィン吸着部５１ｂが配置され、その下層に高級炭化水素吸着部５１ａが配置されている。
比較例６においては、基材５５としてコージェライトライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）と、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）により形成された触媒粒子６２とを含む。酸化部５２の表面には、高級炭化水素吸着部５１ａおよび低級オレフィン吸着部５１ｂが配置されている。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウム（７．５ｇ）の担持体６０およびベータゼオライト粒子６１（３０ｇ）を含む。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０（７．５ｇ）および金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄（４ｗｔ％）をイオン交換したＺＳＭ５（３０ｇ）の粒子を含む。
図１６を参照して、実施例４の排気処理装置および実施例５の排気処理装置は、比較例２（図７参照）の担持体６０およびベータゼオライト粒子６１が均一に配置されている排気処理装置よりも一酸化炭素の排出量が少なくなっている。
さらに、実施例４の排気処理装置よりも実施例５の排気処理装置の方が、一酸化炭素の排出量が少なくなっている。吸着部に高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部を形成することにより、一酸化炭素をより効率よく浄化することができる。
また、比較例６の排気処理装置と実施例５の排気処理装置とを比較した場合には、実施例５の排気処理装置の方が一酸化炭素の排出量が少なくなっている。吸着部が高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部を含む場合には、高級炭化水素吸着部が機関排気通路に近い側に配置されることが好ましい。このように、吸着部において、排気ガスが高級炭化水素吸着部に接触した後に、低級オレフィン吸着部に接触するように、高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部を配置することにより、より効率よく一酸化炭素の排出量を減らすことができる。
上記の第３の排気処理装置から第５の排気処理装置においては、吸着部と酸化部とを基材の表面に積層した排気処理装置を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、第１の排気処理装置のように、排気ガスの流れ方向に沿って吸着部および酸化部を配置する排気処理装置に適用することができる。たとえば、第１の排気処理装置において、酸化部５２の触媒粒子６２を、白金を主体にした貴金属から形成することができる。また、第１の排気処理装置において、吸着部５１に金属をイオン交換したゼオライトを混合させることができる。
図１８に、本実施の形態における第６の排気処理装置の概略断面図を示す。第６の排気処理装置１３は、第５の排気処理装置の吸着部における高級炭化水素吸着部と低級オレフィン吸着部との構造を採用している。排気ガスの流れ方向に沿って吸着部および酸化部が配置さている。吸着部においては、上流側に高級炭化水素吸着部が配置され、下流側に低級オレフィン吸着部が配置されている。排気処理装置１３は、吸着部を含む上流側部分１３ａと、酸化部を含む下流側部分１３ｂとを備える。上流側部分１３ａは、高級炭化水素吸着部を有する第１部分１４ａと、低級オレフィン吸着部を有する第２部分１４ｂとを含む。排気ガスは、高級炭化水素吸着部に接触した後に低級オレフィン吸着部に接触する。排気ガスは、この後に酸化部に流入する。この構成によっても一酸化炭素の浄化効率をより向上させることができる。
本実施の形態の排気処理装置において、吸着部に含まれるゼオライトは酸点が多い方が好ましいために、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比は小さいことが好ましい。一方で、機関排気通路においては、排気ガスの温度が例えば７００℃を超える高温に到達する場合がある。排気処理装置は、このような高温に対する耐熱性が必要である。また、排気ガスには燃焼により生じた水蒸気が含まれており使用環境に耐えられず破損してしまう虞がある。排気処理装置の耐久性を考慮して、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、例えば２０以上であることが好ましい。
本実施の形態においては、吸着部と酸化部とが隣接している排気処理装置を例示しているが、この形態に限られず、吸着部と酸化部とが互いに離れていても構わない。また、吸着部と酸化部との間に他の部材が配置されていても構わない。たとえば、機関排気通路において吸着部を含む排気処理装置の下流に、酸化部を含む排気処理装置が配置されていても構わない。
本実施の形態においては、吸着部に酸化機能を有する触媒粒子が配置されていないが、この形態に限られず、吸着部に酸化機能を有する触媒粒子が配置されていても構わない。
本実施の形態においては、ディーゼルエンジンを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、機関本体がトルクを出力する通常運転時に燃焼時の空燃比がリーンになるように制御される内燃機関に本発明を適用することができる。例えば、ガソリンエンジンにおいて、大きな燃焼空燃比で制御するリーンバーンエンジン、および成層燃焼を行なうエンジンなどに本発明を適用することができる。または、酸素過剰雰囲気において一酸化炭素を酸化する内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用することができる。
上記のそれぞれの実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０００９】
１  機関本体
２  燃焼室
１２  排気管
１３  排気処理装置
１３ａ  上流側部分
１３ｂ  下流側部分
１４ａ  第１部分
１４ｂ  第２部分
３０  電子制御ユニット
５１  吸着部
５１ａ  高級炭化水素吸着部
５１ｂ  低級オレフィン吸着部
５２  酸化部
５５  基材
６０  担持体
６１  ベータゼオライト粒子
６２  触媒粒子
６３  ゼオライト粒子
【図１】
2011067863.tif 000003
【図２】
2011067863.tif 000004
【図３】
2011067863.tif 000005
【図４】
2011067863.tif 000006
【図５】
2011067863.tif 000007
【図６】
2011067863.tif 000008
【図７】
2011067863.tif 000009
【図８】
2011067863.tif 000010
【図９】
2011067863.tif 000011
【図１０】
2011067863.tif 000012
【図１１】
2011067863.tif 000013
【図１２】
2011067863.tif 000014
【図１３】
2011067863.tif 000015
【図１４】
2011067863.tif 000016
【図１５】
2011067863.tif 000017
【図１６】
2011067863.tif 000018
【図１７】
2011067863.tif 000019
【図１８】
2011067863.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成23年12月20日(2011.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）などの成分が含まれている。内燃機関の排気浄化装置は、これらの成分を浄化するために排気処理装置を備える。
【０００３】
排気ガスに含まれる成分のうち、窒素酸化物は、窒素酸化物を還元する排気処理装置により浄化される。粒子状物質は、粒子状物質を捕集する排気処理装置により除去される。一方で、一酸化炭素および未燃燃料は、これらの物質を酸化するための排気処理装置により浄化される。例えば、機関排気通路には、酸化触媒または三元触媒が配置される。
【０００４】
国際公開第００／２７５０８号パンフレットにおいては、酸素吸蔵材にロジウムおよびパラジウムの少なくとも一種を担持した酸化還元触媒に、ＨＣの濃度を低減した排気ガスを接触させることにより、低温域から高温域までＨＣの排出を高度に抑制する排気ガス浄化方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平７−１６６８５２号公報においては、ゼオライトおよび主要コンバータを備え、ゼオライトは、５．６オングストロームより大きい最大孔開口部を有し、銅などのイオンから選択される非フレーム構造陽イオンを含む排気浄化システムが開示されている。この排気浄化システムにおいては、エンジンから排出される排気ガスに含まれる不燃焼の炭化水素、特に低分子量のアルケンを効果的に転化すると開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第００／２７５０８号パンフレット
【特許文献２】特開平７−１６６８５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記の国際公開第００／２７５０８号パンフレットには、通常運転時において、燃料が燃焼する時の空燃比が理論空燃比に制御される内燃機関が開示されている。排気浄化装置は、未燃燃料等の酸化すべき物質を酸化するために三元触媒を含んでいる。三元触媒は、酸化反応および還元反応を同時に行なう触媒である。三元触媒は、排気ガスの空燃比が理論空燃比の近傍において、未燃燃料、一酸化炭素および窒素酸化物を高い浄化率で浄化することができる。
【０００８】
この公報に開示されている排気浄化装置は、酸素吸蔵放出材を有する三元触媒とＨＣ吸着材とを含む。ＨＣ吸着材による未燃燃料の吸着作用および放出作用と、酸素吸蔵放出材による酸素の吸蔵作用および放出作用により、三元触媒の表面が常に理論空燃比の近傍に保たれる。このために、高い浄化率を維持できることが開示されている。
【０００９】
内燃機関には、通常運転時において燃焼室における燃焼時の空燃比をリーンに制御する装置が含まれる。この内燃機関では、通常運転時において排気浄化装置に流入する排気ガスの空燃比がリーンになる。一酸化炭素は、酸化触媒において酸化されて二酸化炭素に変換される。ところが、排気ガス中には一酸化炭素および未燃燃料が共存し、未燃燃料が一酸化炭素の酸化を阻害する場合があった。
【００１０】
近年においては二酸化炭素の放出量の要求が厳しくなりつつある。二酸化炭素の放出量を低減するために、燃料の燃焼量を少なくすることが検討される。ところが、燃料の燃焼量を少なくすると排気ガスの温度が低くなる。排気ガスの温度が低くなると触媒温度が低下し、一酸化炭素の浄化効率が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は、低温域から高い一酸化炭素の浄化率を得ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、機関本体がトルクを出力する通常運転時に燃焼時の空燃比がリーンになるように制御される内燃機関の排気浄化装置であって、未燃燃料の放出温度未満では、排気ガスに含まれる未燃燃料を吸着し、未燃燃料の放出温度以上になると未燃燃料を放出する吸着部と、排気ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する金属の触媒粒子を有する酸化部とを備える。吸着部は、排気ガスに含まれる低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含む。吸着部および酸化部は、排気ガスが吸着部に接触した後に酸化部に接触するように配置されている。
【００１３】
上記発明においては、吸着部および酸化部は、基材の表面に積層されており、酸化部は、吸着部よりも機関排気通路から遠い側に配置されることができる。
【００１４】
上記発明においては、吸着部および酸化部は、排気ガスの流れ方向に沿って配置されており、酸化部は、排気ガスの流れ方向において吸着部よりも下流側に配置されることができる。
【００１５】
上記発明においては、吸着部は、高級炭化水素を吸着する高級炭化水素吸着部および低級オレフィンを吸着する低級オレフィン吸着部を含み、高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部は、排気ガスが高級炭化水素吸着部に接触した後に低級オレフィン吸着部に接触するように配置されていることが好ましい。
【００１６】
上記発明においては、高級炭化水素吸着部は、ベータゼオライトを含み、低級オレフィン吸着部は、金属をイオン交換したゼオライトを含むことが好ましい。
【００１７】
上記発明においては、酸化部の金属粒子は、白金を主体にして構成されることができる。
【００１８】
上記発明においては、酸化部の金属粒子は、ほぼ全てが白金から形成されることができる。
【００１９】
上記発明においては、低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトは、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、および銀をイオン交換したＺＭＳ５のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００２０】
上記発明においては、酸化部の金属の触媒粒子は、酸素吸蔵能力を有する金属粒子以外の金属粒子から構成されることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、低温域から高い一酸化炭素浄化率を得るための排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態における第１の排気処理装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図４】酸化触媒の温度と一酸化炭素の浄化率との関係を示すグラフである。
【図５】実施例１の排気処理装置および比較例の排気処理装置の一酸化炭素５０％を浄化する温度のグラフである。
【図６】実施の形態における比較例１の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図７】実施の形態における比較例２の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図８】実施の形態における比較例３の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図９】実施の形態における第２の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１０】実施例１の排気処理装置および実施例２の排気処理装置と、比較例の排気処理装置との一酸化炭素排出量のグラフである。
【図１１】実施の形態における比較例４の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１２】実施の形態におけるゼオライトの種類と、一酸化炭素排出量との関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３の排気処理装置および比較例の排気処理装置の一酸化炭素５０％を浄化する温度のグラフである。
【図１４】実施の形態における第４の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１５】実施の形態における第５の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１６】実施例４および実施例５の排気処理装置と、比較例の排気処理装置との一酸化炭素排出量のグラフである。
【図１７】実施の形態における比較例６の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１８】実施の形態における第６の排気浄化装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１から図１８を参照して、実施の形態における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、車両に配置されている。本実施の形態においては、圧縮着火式のディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。
【００２４】
図１に、本実施の形態における内燃機関の全体図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。また、内燃機関は、排気ガスを浄化する排気浄化装置を備える。機関本体１は、各気筒としての燃焼室２と、それぞれの燃焼室２に燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。
【００２５】
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６には、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では、機関冷却水が冷却装置１１に導かれている。機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２６】
排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。本実施の形態における排気浄化装置は、未燃燃料および一酸化炭素等の酸化すべき物質を酸化するための排気処理装置１３を備える。排気処理装置１３は、排気タービン７ｂの出口に排気管１２を介して連結されている。排気処理装置１３の下流の機関排気通路内には排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。排気ガスは、矢印１００に示すように機関排気通路に沿って流れる。
【００２７】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８にはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれている。機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２８】
それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。コモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵される燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２９】
電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、排気浄化装置の制御装置として機能する。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。
【００３０】
ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置である。ＲＯＭ３２には、制御を行なうための必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判別を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。ＲＡＭ３３は、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。
【００３１】
排気処理装置１３の下流には、排気処理装置１３の温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。パティキュレートフィルタ１６の下流には、パティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。これらの温度センサ２６，２７、差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、それぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００３２】
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。
【００３３】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。この様に、燃料噴射弁３およびスロットル弁１０等は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００３４】
パティキュレートフィルタ１６は、排気ガス中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等のイオン系微粒子等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタは、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コージライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気ガスが通過するときにパティキュレートが捕捉される。パティキュレートフィルタ１６に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を例えば６００℃程度まで上昇することにより酸化されて除去される。
【００３５】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、排気処理装置１３に加えて、パティキュレートフィルタ１３を備えるが、この形態に限られず、排気処理装置１３に加えて他の排気処理装置が配置されていても構わない。たとえば、排気浄化装置は、排気ガスに含まれるＮＯＸを浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）を備えていても構わない。ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、たとえば、排気処理装置１３とパティキュレートフィルタ１６との間に配置することができる。
【００３６】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、機関本体から排出される排気ガスに含まれるＮＯＸを一時的に吸蔵して、吸蔵したＮＯＸを放出するときにＮ２に変換する。ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、基体上に例えば酸化アルミニウムを含む触媒担体が担持されている。触媒担体の表面上には貴金属で形成された触媒粒子が分散して担持されている。また、触媒担体の表面上にはＮＯＸ吸収剤の層が形成されている。触媒粒子としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯＸ吸収剤を構成する成分としては、例えばバリウムＢａのようなアルカリ土類が用いられている。
【００３７】
本発明においては、機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称する。排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが酸化されてＮＯＸ吸収剤に吸蔵される。これに対して、排気ガスの空燃比がリッチのとき、または理論空燃比になると、ＮＯＸ吸収剤に吸蔵されているＮＯＸが放出される。放出されたＮＯＸは、排気ガスに含まれる未燃燃料や一酸化炭素等によってＮ２に還元される。
【００３８】
図２に、本実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における第１の排気処理装置１３は、排気ガスの流れ方向に沿った複数の通路を有する。第１の排気処理装置１３は、排気ガスの流れ方向の途中で分割されている。第１の排気処理装置１３は、未燃燃料を吸着するための上流側部分１３ａと、未燃燃料および一酸化炭素を酸化するための下流側部分１３ｂとを含む。
【００３９】
図３に、本実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。図３は、上流側部分１３ａと下流側部分１３ｂとの境界の部分の拡大概略断面図である。上流側部分１３ａおよび下流側部分１３ｂのそれぞれは基材５５を備える。本実施の形態における基材５５は、複数の流路を有し、ハニカム構造に形成されている。基材５５は、例えば、コージェライト、またはＳｉＣなどのモノリス基材で形成されている。
【００４０】
上流側部分１３ａの基材５５の表面には、吸着部５１が形成されている。吸着部５１は、基材５５の複数の流路に形成されている。吸着部５１は、機関排気通路に沿って層状に形成されている。吸着部５１は、未燃燃料を吸着する機能を有する。第１の排気処理装置における吸着部５１は、担持体６０およびベータ（β）ゼオライト粒子６１を含む。担持体６０は、例えば酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）などの多孔質酸化物粉末を含む。担持体６０およびベータゼオライト粒子６１は、たとえばバインダーにより基材５５に支持されている。
【００４１】
下流側部分１３ｂの基材５５の表面には、酸化部５２が形成されている。酸化部５２は、基材５５の複数の流路に形成されている。酸化部５２は、機関排気通路に沿って層状に形成されている。酸化部５２は、未燃燃料および一酸化炭素等を酸化する機能を有する。第１の排気処理装置１３の酸化部５２は、担持体６０および触媒粒子６２を含む。担持体６０は、バインダーにより基材５５に固定されている。触媒粒子６２は、担持体６０に担持されている。触媒粒子６２は、排気ガスに含まれる酸化すべき物質を酸化するための金属粒子である。本実施の形態における触媒粒子６２は、貴金属から形成されている。触媒粒子６２としては、白金系金属（ＰＧＭ：Platinum group metals）を用いることができる。触媒粒子６２は、たとえば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄおよびロジウムＲｈのうち少なくとも一つの貴金属を用いることができる。
【００４２】
本実施の形態の第１の排気処理装置においては、上流側の基材５５に吸着部５１が配置され、下流側の基材５５に酸化部５２が配置されている。第１の排気処理装置１３は、基材５５が分割されて上流側部分と下流側部分とが形成されているが、この形態に限られず、基材は一体的に形成されていても構わない。すなわち、１つの基材の表面に、排気ガスの流れ方向に沿って上流側に吸着部が形成され、下流側に酸化部が形成されていても構わない。
【００４３】
排気ガスに含まれる未燃燃料（ＨＣ）は、２重結合を有する鎖状炭化水素であるオレフィンと、不飽和結合を有しない鎖状炭化水素であるパラフィンと、ベンゼン核を有する芳香族炭化水素であるアロマとを含む。排気ガスは、炭素原子数の多い高級炭化水素を含む。高級炭化水素は、高級オレフィン、高級パラフィンおよびアロマ等を含む。オレフィンは、低級オレフィンおよび低級オレフィンよりも炭素原子数の多い高級オレフィンを含む。低級オレフィンは、たとえば炭素原子数が５以下の炭化水素である。好ましくは、低級オレフィンは、炭素原子数が２または３の炭化水素、すなわちエチレンとプロピレンとを含む。
【００４４】
本実施の形態における酸化すべき物質を酸化する排気処理装置１３は、排気ガスが低温のときには吸着部５１にて未燃燃料を吸着する。たとえば、排気処理装置１３の温度が未燃燃料の放出温度未満の場合には、未燃燃料を吸着する。排気ガスの温度が上昇すると、吸着部５１から未燃燃料を放出する。たとえば、排気処理装置１３の温度が未燃燃料の放出温度以上になると未燃燃料を放出する。放出された未燃燃料は、酸化部５２において酸化されることにより浄化される。排気処理装置に流入する一酸化炭素は、酸化部５２において酸化される。このように、排気ガスに含まれる一酸化炭素または未燃炭化水素は酸化されることにより、水や二酸化炭素に変換される。
【００４５】
図３を参照して、排気ガスは排気処理装置１３に流入すると吸着部５１に接触する。排気ガスが低温の場合には、排気ガスに含まれる未燃燃料が吸着部５１に吸着される。排気ガスから未燃燃料の少なくとも一部を除去することができる。次に、排気ガスは、酸化部５２に接触する。酸化部５２においては、一酸化炭素を酸化することができる。
【００４６】
ところで、酸化触媒においては、排気ガスに含まれる未燃燃料が一酸化炭素の酸化を阻害する場合があった。たとえば、未燃燃料が触媒粒子の表面に吸着することにより被毒される。この結果、一酸化炭素の酸化が阻害される場合があった。
【００４７】
図４に、酸化触媒の温度と一酸化炭素の浄化率との関係のグラフを示す。図４に示す試験においては、セリア−ジルコニア固溶体と白金の触媒粒子とを含む酸化触媒を用いている。また、酸化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリーンにしている。試験においては、排気ガスに未燃燃料ＨＣが含まれている場合と、未燃燃料ＨＣが含まれていない場合について行っている。横軸は、酸化触媒の温度を示し、縦軸は一酸化炭素の浄化率を示している。
【００４８】
酸化触媒の温度が上昇するほど、一酸化炭素の浄化率が向上することが分かる。未燃燃料が含まれる場合と含まれない場合とを比較したときに、ほぼ全体の温度域において、未燃燃料が含まれる場合よりも未燃燃料が含まれない方が一酸化炭素の浄化率が高いことが分かる。または、一つの一酸化炭素の浄化率を得るために必要な酸化触媒の温度は、未燃燃料が含まれる場合よりも未燃燃料が含まれない場合の方が低くなることが分かる。この試験結果により、排気ガスが酸化部に接触する前に未燃燃料の少なくとも一部を除去することにより、一酸化炭素の浄化率が向上することが分かる。
【００４９】
本実施の形態における第１の排気処理装置は、上流側に吸着部５１が配置され、下流側に酸化部５２が配置されている。吸着部５１および酸化部５２は、排気ガスが吸着部５１に接触した後に、酸化部５２に接触するように配置されている。吸着部５１に流入した排気ガスは、未燃燃料の少なくとも一部が除去される。このため、酸化部５２に流入する未燃燃料の濃度を小さくすることができる。酸化部５２において、効果的に一酸化炭素を酸化させることができる。特に、排気処理装置１３が低温の場合に、酸化部５２に未燃燃料が蓄積されて被毒が生じることを抑制できる。
【００５０】
燃焼室２から排出される排気ガスには、炭素原子数の多い高級パラフィンが残存している。オレフィンにおいては、炭素原子数の多い高級オレフィンと共に、炭素原子数の小さな低級オレフィンが多く含まれている。
【００５１】
排気ガスに含まれる未燃燃料のうち低級オレフィンは、一酸化炭素の酸化を阻害する影響が強い特性を有する。本実施の形態における排気処理装置の吸着部は、低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含む。すなわち、吸着部は、酸化部で一酸化炭素の酸化が実質的に阻害されないように、所定の効率以上で低級オレフィンを吸着するゼオライトを含む。第１の排気処理装置の吸着部は、ベータゼオライトを含む。本実施の形態における排気浄化装置は、吸着部において排気ガスから低級オレフィンを効果的に除去することができる。この結果、酸化部において高い浄化率で一酸化炭素を浄化することができる。
【００５２】
低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトとしては、ベータゼオライトの他に、イオン交換により金属が担持されたゼオライトを用いることができる。特に、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、または銀をイオン交換したＺＭＳ５は、低級オレフィンの吸着効率に優れる。このため、吸着部は、鉄をイオン交換したＺＭＳ５、および銀をイオン交換したＺＭＳ５のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００５３】
図５に、本実施の形態における実施例１と比較例との一酸化炭素の５０％浄化温度のグラフを示す。縦軸は、排気ガスに含まれる一酸化炭素の浄化率が５０％になる温度である。以下に記載の実施例および比較例においては、それぞれの対応する部分の体積または重量を同一にしている。排気処理装置は、基材の総体積が同一（１Ｌ）になるように形成され、基材の表面に配置されるコート層の重量が同一（１５０ｇ）になるように形成され、触媒粒子の重量が同一（１．８ｇ）になるように形成されている。
【００５４】
実施例１は、本実施の形態における第１の排気処理装置に相当する。図３を参照して、実施例１においては、上流側部分１３ａの基材５５および下流側部分１３ｂの基材５５として、コージェライト基材（０．５Ｌ）を用いている。吸着部５１は、ベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）と、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）とを含むコート層を備える。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を含むコート層を備える。触媒粒子６２は、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）を含む。実施例１の触媒粒子６２は、白金の量がパラジウムの量よりも多くなるように形成されている。
【００５５】
図６に、本実施の形態における比較例１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。比較例１の排気処理装置においては、基材５５の表面に担持体６０が配置されている。担持体６０には貴金属の触媒粒子６２が担持されている。比較例１の基材５５は、分割されておらずに一体的に形成されている。比較例１においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。基材５５の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５０ｇ）を含むコート層が形成されている。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）から形成された触媒粒子６２が担持されている。
【００５６】
図７に、本実施の形態における比較例２の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。比較例２の排気処理装置においては、基材５５の表面に、酸化アルミニウムで形成された担持体６０およびベータゼオライト粒子６１を含むコート層が形成されている。担持体６０およびベータゼオライト粒子６１の層には、触媒粒子６２が配置されている。比較例２においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化アルミニウムの担持体６０（９０ｇ）とベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）とによりコート層が形成されている。触媒粒子６２としては、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）が配置されている。
【００５７】
図８に、本実施の形態における比較例３の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。比較例３においては、基材５５が分割されている。排気処理装置は、吸着部５１と酸化部５２とを含む。それぞれの吸着部５１および酸化部５２は、本実施の形態における第１の排気処理装置と同様である。比較例３においては、排気ガスの流れ方向において、酸化部５２が上流側に配置され、吸着部５１が下流側に配置されている。比較例３においては、実施例１と比較して、酸化部および吸着部の順序が逆になっている。
【００５８】
比較例３においては、吸着部５１の基材５５および酸化部５２の基材５５としては、コージェライト基材（０．５Ｌ）を用いている。酸化部５２においては、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）のコート層が形成されている。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）から形成された触媒粒子６２が担持されている。吸着部５１においては、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）およびベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）のコート層が形成されている。
【００５９】
図５を参照して、これらの実施例１の排気処理装置および比較例１から比較例３の排気処理装置を備える内燃機関について試験を行なった。この試験においては、エンジンベンチ試験装置を用いている。図５に示す試験においては、出力トルクを一定にする定常運転にて試験を行っている。
【００６０】
実施例１の排気処理装置は、比較例１から比較例３の排気処理装置と比較して、一酸化炭素の５０％浄化温度が最も低いことが分かる。すなわち、排気ガスが低温のときに、優れた一酸化炭素の浄化能力を発揮できることが分かる。また、実施例１の排気処理装置は、比較例１から比較例３の排気処理装置よりも一酸化炭素の浄化能力が優れていることが分かる。
【００６１】
図６に示す比較例１は、酸化アルミニウムで形成されたコート層に触媒粒子６２が配置されている排気処理装置である。図７に示す比較例２は、さらに、ベータゼオライト粒子６１がコート層に含まれている。比較例２と実施例１とを比較して、ベータゼオライト粒子６１がコート層に配置される場合においても、触媒粒子６２を含む層およびベータゼオライト粒子６１を含む層とを分離することにより、一酸化炭素の浄化能力が向上することが分かる。特に、図８に示す比較例３と図３に示す実施例１とを比較して、酸化部５２を吸着部５１よりも下流側に配置することにより、一酸化炭素の浄化能力が向上することが分かる。
【００６２】
このように、本実施の形態の第１の排気処理装置においては、吸着部５１にベータゼオライトを配置し、酸化部５２を吸着部５１の下流側に配置することにより、優れた一酸化炭素の浄化能力を得ることができる。または、排気処理装置の低温域から優れた一酸化炭素の浄化能力を得ることができる。たとえば、内燃機関が起動した後の暖気運転の期間において一酸化炭素を効率よく浄化できる。または、酸化部が活性化温度未満でも一酸化炭素を効率よく浄化できる。または、排気処理装置に流入する排気ガスの温度が低い内燃機関においても、一酸化炭素を効率よく浄化できる。
【００６３】
本実施の形態における排気浄化装置は、一酸化炭素を効率よく酸化できるために、酸化部の温度を速やかに上昇させることができる。たとえば、内燃機関の暖機運転の期間においても酸化部の温度を短時間で活性化温度まで上昇させることができる。この結果、未燃燃料を早期に高い効率で浄化することができる。また、酸化部の下流に早期に昇温すべき排気処理装置が配置されている場合には、短時間で昇温を行なうことができる。たとえば、酸化部の下流にＮＯＸ吸蔵還元触媒が配置されている場合には、短時間でＮＯＸ吸蔵還元触媒を活性化温度以上まで昇温することができる。
【００６４】
図９に、本実施の形態における第２の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。第２の排気処理装置１３は、コージェライト等で形成された基材５５を備える。第２の排気処理装置の基材５５は、排気ガスの流れ方向の途中で分割されておらず、一体的に形成されている。
【００６５】
第２の排気処理装置１３は、吸着部５１および酸化部５２を備える。吸着部５１および酸化部５２のそれぞれは層状に形成され、コート層が形成されている。吸着部５１および酸化部５２は、基材５５の表面に積層されている。酸化部５２は、吸着部５１よりも機関排気通路から遠い側に配置されている。図９に示す例においては、基材５５の表面に酸化部５２が配置され、酸化部５２の表面に吸着部５１が配置されている。吸着部５１は、担持体６０およびベータゼオライト粒子６１を含む。酸化部５２は、担持体６０および触媒粒子６２を含む。
【００６６】
吸着部５１および酸化部５２を層状に形成して、酸化部５２よりも吸着部５１が機関排気通路に近くなるように積層することにより、排気ガスを吸着部５１に接触させた後に、酸化部５２に接触させることができる。排気ガスに含まれる未燃燃料の少なくとも一部を吸着部５１にて除去することができる。酸化部５２には未燃燃料を低減した排気ガスが流入する。このため、酸化部５２において、効率良く一酸化炭素を酸化することができる。また、吸着部が低級オレフィンを実質的に吸着するゼオライトを含むことにより、効率良く一酸化炭素を酸化することができる。
【００６７】
図１０に、本実施の形態における実施例２と比較例の一酸化炭素の排出量のグラフを示す。図１０は、エンジンベンチ試験装置において、実際の運転状態を模擬した過渡試験を行なった結果を示している。すなわち、走行モードや出力トルク等を変更させながら試験を行なっている。図１０は、排気処理装置に流入する一酸化炭素の量と、排気処理装置から排出される一酸化炭素の量とを示している。実施例２は、第２の排気処理装置に相当する。また、図１０には、第１の排気処理装置に相当する実施例１の試験結果と、図７に示す比較例２の試験結果を記載している。
【００６８】
図９を参照して、実施例２においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を含む。担持体６０に、触媒粒子６２として白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）が担持されている。酸化部５２の表面に酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）およびベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）を配置して、吸着部５１を形成している。
【００６９】
図１１に、本実施の形態における比較例４の排気処理装置の概略断面図を示す。比較例４においては、基材５５の表面に吸着部５１を配置している。吸着部５１の表面に酸化部５２を配置している。すなわち、第２の排気処理装置と比較して、吸着部５１と酸化部５２との位置が逆になっている。排気ガスは、酸化部５２に接触した後に吸着部５１に接触する。
【００７０】
比較例４においては、基材５５としてコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。基材５５の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）とベータゼオライト粒子６１（６０ｇ）とにより吸着部５１を形成している。吸着部５１の表面に酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を配置して酸化部５２を形成している。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）により形成された触媒粒子６２が担持されている。
【００７１】
図１０を参照して、第２の排気処理装置に相当する実施例２においても、担持体６０とベータゼオライト粒子６１とを混合したコート層に触媒粒子６２を配置した比較例２（図７参照）の排気処理装置と比べて一酸化炭素の排出量が小さいことが分かる。
【００７２】
また、実施例２の排気処理装置は、機関排気通路に近い側に酸化部５２を配置した比較例４（図１１参照）の排気処理装置と比べて、一酸化炭素を浄化する能力に優れていることが分かる。すなわち吸着部よりも機関排気通路から遠い側に酸化部が配置されている排気処理装置が優れていることがわかる。このように、第２の排気処理装置においても、排気ガスが吸着部に接触した後に酸化部に接触するように、酸化部および吸着部を配置することにより、効果的に一酸化炭素を浄化することができる。
【００７３】
また、実施例２の排気処理装置は、実施例１の排気処理装置よりも優れていることが分かる。すなわち、基材の表面に酸化部および吸着部を、この順に積層することにより、より効率よく一酸化炭素を浄化することができる。
【００７４】
ところで、排気処理装置に含まれる吸着部は、未燃燃料ＨＣを吸着するために、ゼオライトを含むことが好ましい。次に、ゼオライトの種類を変えて一酸化炭素の浄化能力の試験を行った。排気処理装置としては、本実施の形態における第２の排気処理装置（図９参照）を用いて試験を行った。
【００７５】
図１２は、吸着部に含まれるゼオライトの種類と一酸化炭素の排出量との関係を示すグラフである。ゼオライトとしては、ベータゼオライトの他に、ＺＳＭ５およびモルゼナイト（ＭＯＲ）を用いて試験を行なっている。ゼオライトのうちベータゼオライトを用いることにより、一酸化炭素の排出量が少なくなっていることがわかる。すなわち、吸着部に含まれるゼオライトとして、ベータゼオライトを用いることにより、効率よく未燃燃料を吸着できることができて、一酸化炭素の排出量をより少なくすることができる。
【００７６】
次に、本実施の形態における第３の排気処理装置について説明する。上記の排気処理装置においては、酸化部に含まれる触媒粒子が白金およびパラジウムを含むが、この形態に限られず、触媒粒子は、酸化能力を有する任意の金属を含むことができる。
【００７７】
本実施の形態における第３の排気処理装置は、触媒粒子のほぼ全体が白金から形成されている。図４に示したように、本実施の形態における排気処理装置は、触媒粒子のほぼ全体が白金から形成されていても効率よく一酸化炭素を浄化することができる。
【００７８】
図１３に、本実施の形態における実施例３と比較例との一酸化炭素の５０％浄化温度のグラフを示す。実施例３は、第３の排気処理装置に相当する。実施例３の排気処理装置の構成は、本実施の形態における第２の排気処理装置と同様であり（図９参照）、実施例３の排気処理装置では、触媒粒子６２のほぼ全てが白金により形成されている。
【００７９】
実施例３においては、基材５５としてのコージェライト基材（１Ｌ）の表面に、酸化アルミニウム（７５ｇ）の担持体６０を配置することにより酸化部５２を形成する。担持体６０に、白金（１．８ｇ）の触媒粒子６２を担持させている。酸化部５２の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）およびベータゼオライト（６０ｇ）を含む吸着部５１を形成している。
【００８０】
また、比較例５の排気処理装置としては、比較例１の排気処理装置と同様の構成を採用する（図６参照）。基材５５としてのコージェライト基材（１Ｌ）の表面に、酸化アルミニウムの担持体６０（１５０ｇ）を配置する。担持体６０に、白金（１．８ｇ）の触媒粒子６２が担持されている。
【００８１】
図１３を参照して、酸化部に配置するほぼ全体の触媒粒子を白金から形成した場合においても、比較例５の排気処理装置より実施例３の排気処理装置の方が、一酸化炭素の５０％浄化温度は低くなっている。すなわち、比較例５の排気処理装置よりも実施例３の排気処理装置の方が、一酸化炭素の浄化能力に優れていることが分かる。特に、実施例３の排気処理装置は、低温域においても一酸化炭素の浄化能力に優れていることが分かる。
【００８２】
このように、本実施の形態における排気処理装置は、ほぼ全体が白金から形成されている触媒粒子を採用することができる。または、触媒粒子として白金を主体とした貴金属を採用することができる。例えば、貴金属の触媒粒子として、白金、パラジウムおよびロジウム等を含む場合には、パラジウムおよびロジウム等の白金以外の総量よりも白金の量を多くすることができる。または、例えばパラジウムおよびロジウム等の白金以外の総量を、白金の量の２分の１以下にすることができる。
【００８３】
さらに、本実施の形態の内燃機関は、通常運転時において燃焼時の空燃比をリーンに制御している。燃焼室から排出された排気ガスの空燃比はリーンである。排気ガスには過剰の酸素が含まれている。本実施の形態における酸化部は、酸素吸蔵物質を備えていない。酸化部の金属の触媒粒子は、酸素吸蔵能力を有する金属粒子以外の金属粒子から構成されている。
【００８４】
排気処理装置は、酸素吸蔵物質を含まない形態に限られず、酸素吸蔵物質を含んでいても構わない。酸素吸蔵物質は、セリアＣｅＯ２等の酸素を吸蔵する能力を有する助触媒を例示できる。例えば、酸素吸蔵物質は、セリウムとジルコニウムとの酸化物の複合体を含む。酸素吸蔵物質は、他の触媒粒子の劣化を抑制できる場合がある。このような場合に、排気処理装置が酸素吸蔵物質を含んでいても構わない。
【００８５】
図１４に、本実施の形態における第４の排気処理装置を示す。第４の排気処理装置においては、基材５５の表面に酸化部５２および吸着部５１が積層されている。酸化部５２は、触媒粒子６２が担持されている担持体６０を含む。第４の排気処理装置における吸着部５１は、担持体６０およびベータゼオライト粒子６１に加えて、金属をイオン交換したゼオライト粒子６３を含む。金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としては、鉄または銀をイオン交換したゼオライト粒子を例示することができる。吸着部５１には、担持体６０、ベータゼオライト粒子６１および金属をイオン交換したゼオライト粒子６３がほぼ均一に配置されている。
【００８６】
低級オレフィンは一酸化炭素の酸化反応を阻害する影響が強い。たとえば、プロピレンなどは、一酸化炭素の酸化反応を阻害する影響が強い。一方で、金属をイオン交換したゼオライトは、低級オレフィンの吸着効率が高い特性を有する。吸着部５１に金属をイオン交換したゼオライト粒子６３を配置することにより、低級オレフィンを更に効果的に吸着することができる。このため、酸化部５２において一酸化炭素の浄化効率を向上させることができる。このように、低級オレフィンを吸着する能力の高いゼオライトを混合させて吸着部を形成することができる。
【００８７】
図１５に、本実施の形態における第５の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。第５の排気処理装置は、基材５５の表面に酸化部５２が配置されている。酸化部５２は、触媒粒子６２が担持されている担持体６０を含む。酸化部５２の表面に吸着部５１が形成されている。
【００８８】
第５の排気処理装置における吸着部５１は、複数の部分を有する。吸着部５１は、高級炭化水素を吸着する高級炭化水素吸着部５１ａと、低級オレフィンを吸着する低級オレフィン吸着部５１ｂとを含む。酸化部５２の表面には、低級オレフィン吸着部５１ｂが配置されている。低級オレフィン吸着部５１ｂの表面には、高級炭化水素吸着部５１ａが配置されている。
【００８９】
第５の排気処理装置は、排気ガスが高級炭化水素吸着部５１ａに接触した後に低級オレフィン吸着部５１ｂに接触するように形成されている。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウムの担持体６０とベータゼオライト粒子６１とを含む。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０と金属をイオン交換したゼオライト粒子６３とを含む。
【００９０】
前述の通り、金属をイオン交換したゼオライトは低級オレフィンの吸着効率に優れる。しかしながら、金属をイオン交換したゼオライトに高級炭化水素が接触すると、高級炭化水素が吸着される。このときに、低級オレフィンを吸着するための吸着サイトが塞がれてしまう。たとえば、プロピレンまたはエチレン等を吸着するための酸点が塞がれてしまう。この結果、低級オレフィンの吸着効率が悪化する。
【００９１】
第５の排気処理装置においては、高級炭化水素吸着部５１ａにおいて分子量の大きな高級炭化水素を予め除去することができる。その後に、低級オレフィン吸着部５１ｂにおいて低級オレフィンを除去することができる。このため、低級オレフィン吸着部５１ｂにて効率よく低級オレフィンを吸着することができる。酸化部５２に到達する低級オレフィンの量を減少させることができる。この結果、一酸化炭素の浄化能力をより向上させることができる。
【００９２】
高級炭化水素吸着部は、高級の炭化水素を効率よく吸着できるゼオライトを含むことが好ましい。たとえば、高級炭化水素吸着部は、ベータゼオライトを含むことが好ましい。低級オレフィン吸着部は、低級オレフィンを効率よく吸着できるゼオライトを含むことが好ましい。低級オレフィン吸着部は、イオン交換により金属が担持されたゼオライトを含むことが好ましい。たとえば、鉄をイオン交換したＺＳＭ５および銀をイオン交換したＺＳＭ５のうち少なくとも一方を含むことが好ましい。
【００９３】
図１６に、本実施の形態における実施例４および実施例５と比較例との一酸化炭素の排出量のグラフを示す。実施例４は、本実施の形態における第４の排気処理装置に相当する。実施例５は、本実施の形態における第５の排気処理装置に相当する。図１６は、エンジンベンチ試験装置において、過渡試験を行なった結果を示している。
【００９４】
図１４を参照して、実施例４の排気処理装置においては、基材５５としてのコージェライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）を含む。担持体６０には、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）を含む触媒粒子６２が担持されている。吸着部５１は、酸化アルミニウムの担持体６０（１５ｇ）、金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄（４ｗｔ％）をイオン交換したＺＳＭ５（３０ｇ）の粒子、およびベータゼオライト粒子６１（３０ｇ）を含む。
【００９５】
図１５を参照して、実施例５の排気処理装置においては、基材５５としてコージェライトライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）と、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）により形成された触媒粒子６２とを含む。酸化部５２の表面には、低級オレフィン吸着部５１ｂおよび高級炭化水素吸着部５１ａが配置されている。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０（７．５ｇ）および金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄（４ｗｔ％）をイオン交換したＺＳＭ５（３０ｇ）の粒子を含む。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウム（７．５ｇ）の担持体６０およびベータゼオライト粒子６１（３０ｇ）を含む。
【００９６】
図１７に、本実施の形態における比較例６の排気処理装置の概略断面図を示す。比較例６においては、酸化部５２の表面に吸着部５１が配置されている。吸着部５１は、高級炭化水素吸着部５１ａと低級オレフィン吸着部５１ｂとを含む。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウムの担持体６０とベータゼオライト粒子６１とを含む。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０と、金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄をイオン交換したＺＳＭ５の粒子とを含む。
【００９７】
比較例６の排気処理装置は、実施例５の排気処理装置と比較して、高級炭化水素吸着部５１ａと低級オレフィン吸着部５１ｂとの積層の順序が逆になっている。比較例６では、機関排気通路に接する表面側に低級オレフィン吸着部５１ｂが配置され、その下層に高級炭化水素吸着部５１ａが配置されている。
【００９８】
比較例６においては、基材５５としてコージェライトライト基材（１Ｌ）を用いている。酸化部５２は、酸化アルミニウムの担持体６０（７５ｇ）と、白金（１．２ｇ）およびパラジウム（０．６ｇ）により形成された触媒粒子６２とを含む。酸化部５２の表面には、高級炭化水素吸着部５１ａおよび低級オレフィン吸着部５１ｂが配置されている。高級炭化水素吸着部５１ａは、酸化アルミニウム（７．５ｇ）の担持体６０およびベータゼオライト粒子６１（３０ｇ）を含む。低級オレフィン吸着部５１ｂは、酸化アルミニウムの担持体６０（７．５ｇ）および金属をイオン交換したゼオライト粒子６３としての鉄（４ｗｔ％）をイオン交換したＺＳＭ５（３０ｇ）の粒子を含む。
【００９９】
図１６を参照して、実施例４の排気処理装置および実施例５の排気処理装置は、比較例２（図７参照）の担持体６０およびベータゼオライト粒子６１が均一に配置されている排気処理装置よりも一酸化炭素の排出量が少なくなっている。
【０１００】
さらに、実施例４の排気処理装置よりも実施例５の排気処理装置の方が、一酸化炭素の排出量が少なくなっている。吸着部に高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部を形成することにより、一酸化炭素をより効率よく浄化することができる。
【０１０１】
また、比較例６の排気処理装置と実施例５の排気処理装置とを比較した場合には、実施例５の排気処理装置の方が一酸化炭素の排出量が少なくなっている。吸着部が高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部を含む場合には、高級炭化水素吸着部が機関排気通路に近い側に配置されることが好ましい。このように、吸着部において、排気ガスが高級炭化水素吸着部に接触した後に、低級オレフィン吸着部に接触するように、高級炭化水素吸着部および低級オレフィン吸着部を配置することにより、より効率よく一酸化炭素の排出量を減らすことができる。
【０１０２】
上記の第３の排気処理装置から第５の排気処理装置においては、吸着部と酸化部とを基材の表面に積層した排気処理装置を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、第１の排気処理装置のように、排気ガスの流れ方向に沿って吸着部および酸化部を配置する排気処理装置に適用することができる。たとえば、第１の排気処理装置において、酸化部５２の触媒粒子６２を、白金を主体にした貴金属から形成することができる。また、第１の排気処理装置において、吸着部５１に金属をイオン交換したゼオライトを混合させることができる。
【０１０３】
図１８に、本実施の形態における第６の排気処理装置の概略断面図を示す。第６の排気処理装置１３は、第５の排気処理装置の吸着部における高級炭化水素吸着部と低級オレフィン吸着部との構造を採用している。排気ガスの流れ方向に沿って吸着部および酸化部が配置さている。吸着部においては、上流側に高級炭化水素吸着部が配置され、下流側に低級オレフィン吸着部が配置されている。排気処理装置１３は、吸着部を含む上流側部分１３ａと、酸化部を含む下流側部分１３ｂとを備える。上流側部分１３ａは、高級炭化水素吸着部を有する第１部分１４ａと、低級オレフィン吸着部を有する第２部分１４ｂとを含む。排気ガスは、高級炭化水素吸着部に接触した後に低級オレフィン吸着部に接触する。排気ガスは、この後に酸化部に流入する。この構成によっても一酸化炭素の浄化効率をより向上させることができる。
【０１０４】
本実施の形態の排気処理装置において、吸着部に含まれるゼオライトは酸点が多い方が好ましいために、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比は小さいことが好ましい。一方で、機関排気通路においては、排気ガスの温度が例えば７００℃を超える高温に到達する場合がある。排気処理装置は、このような高温に対する耐熱性が必要である。また、排気ガスには燃焼により生じた水蒸気が含まれており使用環境に耐えられず破損してしまう虞がある。排気処理装置の耐久性を考慮して、ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比は、例えば２０以上であることが好ましい。
【０１０５】
本実施の形態においては、吸着部と酸化部とが隣接している排気処理装置を例示しているが、この形態に限られず、吸着部と酸化部とが互いに離れていても構わない。また、吸着部と酸化部との間に他の部材が配置されていても構わない。たとえば、機関排気通路において吸着部を含む排気処理装置の下流に、酸化部を含む排気処理装置が配置されていても構わない。
【０１０６】
本実施の形態においては、吸着部に酸化機能を有する触媒粒子が配置されていないが、この形態に限られず、吸着部に酸化機能を有する触媒粒子が配置されていても構わない。
【０１０７】
本実施の形態においては、ディーゼルエンジンを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、機関本体がトルクを出力する通常運転時に燃焼時の空燃比がリーンになるように制御される内燃機関に本発明を適用することができる。例えば、ガソリンエンジンにおいて、大きな燃焼空燃比で制御するリーンバーンエンジン、および成層燃焼を行なうエンジンなどに本発明を適用することができる。または、酸素過剰雰囲気において一酸化炭素を酸化する内燃機関の排気浄化装置に本発明を適用することができる。
【０１０８】
上記のそれぞれの実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０１０９】
１    機関本体
２    燃焼室
１２    排気管
１３    排気処理装置
１３ａ    上流側部分
１３ｂ    下流側部分
１４ａ    第１部分
１４ｂ    第２部分
３０    電子制御ユニット
５１    吸着部
５１ａ    高級炭化水素吸着部
５１ｂ    低級オレフィン吸着部
５２    酸化部
５５    基材
６０    担持体
６１    ベータゼオライト粒子
６２    触媒粒子
６３    ゼオライト粒子
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体がトルクを出力する通常運転時に燃焼時の空燃比がリーンになるように制御される内燃機関の排気浄化装置であって、
未燃燃料の放出温度未満では、排気ガスに含まれる未燃燃料を吸着し、未燃燃料の放出温度以上になると未燃燃料を放出する吸着部と、
排気ガスに含まれる一酸化炭素を酸化する金属の触媒粒子を有する酸化部とを備え、
吸着部は、排気ガスに含まれる低級オレフィンを吸着するベータゼオライトにより構成され、ベータゼオライト以外のゼオライトは含んでおらず、吸着部および酸化部は、排気ガスが吸着部に接触した後に酸化部に接触するように配置されていることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
吸着部および酸化部は、基材の表面に積層されており、
酸化部は、吸着部よりも機関排気通路から遠い側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
吸着部および酸化部は、排気ガスの流れ方向に沿って配置されており、
酸化部は、排気ガスの流れ方向において吸着部よりも下流側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
酸化部の金属粒子は、白金を主体にして構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
酸化部の金属粒子は、ほぼ全てが白金から形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
酸化部の金属の触媒粒子は、酸素吸蔵能力を有する金属粒子以外の金属粒子から構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【国際調査報告】
2011067863.tif 000021
2011067863.tif 000022
2011067863.tif 000023
2011067863.tif 000024